Beyindeki motivasyon ile hareket etmeyi bağlayan bir merkez

19 Eylül 2019 tarihinde yayınlanan araştırmaya göre, lateral septum (LS) bir hayvan dolaşırken ve bir ortamda nasıl bir ödül alınacağını öğrenirken hayvanın hızı ve ivmesiyle ilgili bilgileri doğrudan kodlar.

Bu ne demek?

MIT sinirbilimcileri yaptıkları araştırmada, lateral septumun hedefe yönelik hareketi yönlendiren ve motive olunmuş davranışları bağladığını buldu. Örnek vermek gerekirse, akşam yemeği için yiyecek elde etmek beynin tahmin edemeyeceğimiz kadar fazla bölgesinin koordinasyonu ve beraber çalışması ile oluyor. Bunlarla beraber, buz dolabından mı yoksa dışarıdan mı yiyecek alınma gibi etkenleri tartıyor. Hannah Witshafter “ LS’nin yer, hareket ve motivasyonel bilgileri temsil etmesi, LS’nin yer, hız ve diğer çevresel sinyaller dikkate alınarak performansı entegre etmenize veya optimize etmenize yardımcı olabilir.“ diyor.

Bundan önce yapılan araştırmada neler bulundu?

Önceki araştırmalar lateral septuma kaygı, saldırganlık ve etkiyi düzenleme gibi önemli davranışsal işlevleri atfetmişti. Ayrıca bağımlılık, psikoz, depresyon ve kaygı ile ilgili olduğuna inanılıyor.

Sinir bilimciler, lateral septumun mekansal anıları kodlamak ve onları bağlamla ilişkilendirmek için çok önemli bir merkez olan hipokampus ile bağlantılarını ve nörotransmiter dopamin yoluyla hedefe yönelik davranışlara aracılık eden bir bölge olan ventral tegmental alana (VTA) bağlantılarını takip ettiler. Fakat, şimdiye kadar hiç kimse lateral septum’un hareketi ve mekansal ödül bağlamı gibi belirli sinirsel ritimler ile senkronize ederek hareketi doğrudan takip ettiğini ya da hipokampus ile iletişim kurduğunu göstermedi.

Wirtshafter bu konu hakkında “Hipokampus beynin en çok araştırılan bölümlerinden biri. Karşılaştırma yapıldığında motivasyon ve hareketle alakalı bölgeler ile bağlantılı olsa ve hipokampusten fazla sayıda bilgi alsa bile lateral septum hakkında çok daha az şey biliniyor.” diyor.

Ekipden başka bir sinir bilimci olan Wilson,“Lateral septumdaki aktivitenin hareketle kontrol edildiği keşfi, lateral septum aracılığıyla hareket ve dopaminerjik kontrol arasındaki bellek, biliş ve hastalık ile ilgili olabilecek bir bağlantıya işaret ediyor.” dedi.

Nasıl bir deney yapıldı?

T şeklinde bir labirente konulan fareler gözlemlenerek yapıldı. Fareler, ışık ve ses işaretleri kullanarak ödüllendirildiklerine koşullandırıldı.

Yazıyı toparlamak gerekirse;

Wilson ve Wirtshafter “ Genel olarak, bulgular lateral septumdaki harekete bağlı sinyalin, hipokampustan aldığı girdiyle birleştiğinde -hayvan hareketinden kaynaklanan bağlamda ilgili değişiklikler ile beraber – lateral septumun bir hayvanın bulunduğu yerde kendi konumu hakkındaki farkındalığına ve görevi değerlendirme yeteneğine katkıda bulunmasına izin verebileceğini öne sürmektedir.” dedi.

Bu aynı zamanda, lateral septumun rapor edilen etki ve davranışları düzeltme kabiliyetinin iç durumların hareket sırasında nasıl değiştiğini ve bu değişikliklerin sonuçlarını ve sonuçlarını değerlendirme kabiliyetinden kaynaklanabileceğini gösteriyor. Örneğin, lateral septum hareketi pozitif veya negatif bir uyaranın bulunduğu yere doğru veya uzağa yönlendirmeye katkıda bulunabilir.

Bu nedenle, yeni çalışma lateral septumun yönlendirilmiş davranıştaki rolü hakkında yeni bakış açıları sunuyor ve lateral septumun bazı bozukluklarla bilinen ilişkileri göz önüne alındığında, ruh hali, motivasyon ve hareket ve zihinsel hastalıkların nöropsikiyatrik temeli ile ilgili mekanizmaların daha geniş bir şekilde anlaşılması için yeni çıkarımlar sunabilir.

Wirtshafter “ Lateral septumun hareket ve motivasyonda nasıl çalıştığını anlamak, beynin nasıl temel kararlar verdiğini ve bu süreçlerde yaşanan bozulmanın nasıl farklı bozukluklara yol açabileceğini anlamamıza yardımcı olur ”diyor.

Neuroscience News, Study finds hub linking movement and motivation in the brain, son güncelleme 19 Eylül, 2019, https://neurosciencenews.com/movement-motivation-hub-14950/

Kan damarlarından geçecek şekilde tasarlanan robotik iplik

MIT mühendisleri üzerinde çalıştıkları yeni robotik iplik ile, inme ve diğer beyinle alakalı hastalıklara pıhtı azaltan alternatif bir tedavi üzerinde çalışıyor.

İplik beynin labirent damar sistemi, labrynthine vasculature, gibi dar ve dolambaçlı yollardan aktif olarak kayabiliyor ve manyetik olarak yönlendirilebiliniyor. Gelecekte iplik mevcut endovasküler teknolojilerle eşleştirilerek, doktorların robotu ,hastanın anevrizmaları ve felçlerinde meydana gelen gibi, tıkanıklıkları ve lezyonları hızlı bir şekilde tedavi etmek için hastanın beyin damarlarında uzaktan yönlendirmelerine olanak sağlayabilir.

Doç. Xuanhe Zhao, MIT Üniversitesi, “İnme, Amerika Birleşik Devletleri’nde beş numaralı ölüm ve önde gelen bir sakatlık nedeni. Hastalar akut inme ilk 90 dakika içinde tedavi edilebilirse, hayatta kalma oranları önemli ölçüde artabilir. Bu ‘altın saat’ içinde kan damarı tıkanıklığını tersine çevirecek bir cihaz tasarlayabilirsek, kalıcı beyin hasarını önleyebiliriz. Bu bizim umudumuz.” diyor.

Bu tedavi neden önemli?

Doktorlar genellikle, beyindeki kan pıhtılarını temizlemek için bir cerrahın hastanın ana arterinden genellikle bacak veya kasıktan ince bir tel geçirdiği minimal yayılan bir ameliyat olan endovasküler bir prosedür uygular. X ışınlarını kullanarak kan damarlarını aynı anda görüntüleyen bir fluoroskop tarafından yönlendirilen cerrah, daha sonra teli elle hasarlı beyin damarına doğru döndürür. Etkilenen bölgeye ilaç veya pıhtı alma cihazları iletmek için bir sonda tel boyunca geçirilebilir.

Ekibin bir başka üyesi olan Yoonho Kim, prosedürün fiziksel olarak yoran ve görevde özel olarak eğitilmiş cerrahların fluoroskopiden tekrarlanan radyasyona maruz kalmaya dayanmasını gerektirdiğini söylüyor.

Bu tür prosedürlerde kullanılan teller pasif, yani manuel olarak manipüle edilmeleri gerekir ve hastaya zarar verebilir.

Ekip, laboratuvarlarındaki gelişmelerin hem telin tasarımında hem de endovasküler prosedürleri iyileştirmeye yardımcı olabileceğini fark etti.

Ekibin çalışmaları neler?

Geçtiğimiz yıllar boyunca, ekip bir mıknatısın yönünü takip ederek her iki hidrojelde – çoğunlukla sudan üretilen biyouyumlu malzemeler – ve 3 boyutlu basılmış manyetik olarak çalıştırılan, yalnızca sürünerek, zıplayarak ve hatta bir topu yakalamak için tasarlanabilen malzemeler geliştirdi.

Robotik ipliğin çekirdeği nikel-titanyum alaşımından veya hem nitril hem de yaylı bir malzemeden, “nitinol” den, yapıldı. Büküldüğü zaman şeklini koruyan elbise askısının aksine, bir nitinol tel orijinal şekline dönerek, sıkı, kıvrımlı kapların içinden sarımda daha fazla esneklik sağlar. Ekip telin çekirdeğini, kauçuk parçacıklarından ya da manyetik parçacıklarla gömdüğü mürekkeple kapladı.

Son olarak, manyetik kaplamanın hidrojel ile kaplanması ve bağlanması için daha önce geliştirdikleri temel manyetik parçacıkların yanıt vermesini etkilemeyen ve aynı zamanda telin pürüzsüz, sürtünmesiz, biyouyumlu bir yüzeyle donatılmasını sağlayan kimyasal bir işlem kullandı.

Robotik ipliğin hassasiyetini ve aktivasyonunu, bir kukla ipleri gibi büyük bir mıknatıs kullanarak, ipliği iğne halkasının içinden geçiren bir ipliği hatırlatan küçük halkalardan oluşan bir engel boyunca yönlendirmek için gösterdiler.

Araştırmacılar aynı zamanda ipliği, gerçek bir hastanın beyninin BT taramasından sonra modellenmiş pıhtı ve anevrizmalar dahil olmak üzere beynin ana kan damarlarının yaşam boyu silikon bir kopyasında test ettiler. Ekip, silikon kaplarını, kanın viskozitesini simüle eden bir sıvı ile doldurdu. Ardından, robotu kapların dolambaçlı dar yollarına yönlendirmek için model etrafında büyük bir mıknatısı elle manipüle etti.

Kim, robotik ipliğin işlevsel hale getirilebileceğini, yani özelliklerin eklenebileceğini – örneğin pıhtı düşürücü ilaçlar sağlamak veya lazer ışığıyla tıkanıklıkları gidermek için – söylüyor. Sonraki adımı göstermek için ekip, dişlinin nitinol çekirdeğini bir optik fiber ile değiştirdi ve robotu manyetik olarak yönlendirebileceklerini ve robot bir hedef bölgeye ulaştığında lazeri aktif hale getirebileceklerini buldu.

Bu tedavinin avantajları neler?

Araştırmacılar, hidrojel ile kaplanmış ve hidrojene kaplanmamış robot iplik arasında karşılaştırma yaptı. Hidrojelin dişlinin çok ihtiyaç duyulan, kaygan bir avantaj sağladığını ve sıkışıp kalmadan daha dar alanlarda kaymasını sağladığını buldular. Endovasküler cerrahide, bu özellik, iplik ilerledikçe damar astarlarının sürtünmesini ve yaralanmasını önlemenin anahtarı olacaktır.

Peki bu yeni robot ipliği cerrahları radyasyondan nasıl uzak tutabilir? Kim, manyetik yönden yönlendirilebilen bir telin, cerrahların hastanın tellerini fiziksel olarak hastanın kan damarlarından geçirme zorunluluğunu ortadan kaldırdığını söylüyor. Bu, doktorların bir hastaya ve daha da önemlisi radyasyon üreten fluoroskopa yakın olmaları gerekmeyeceği anlamına geliyor.

Yazıyı toplamak gerekirse;

Tasarlanan iplik bir çok alanda kolaylık sağlayacak. Hastalıklar daha kolay tedavi edilirken, doktorlarında yöntemleri ilerleyecek.

Kim’in dediğine göre, mevcut platformlar manyetik alan uygulayabilir ve fluoroskopi prosedürünü hastaya aynı anda yapabilir. Doktor, manyetik alanı bir joystick ile kontrol eden diğer odada veya hatta farklı bir şehirde olabilir. Umutları bir sonraki adımda robot ipliğimizi yaşayan organizmada test etmek için mevcut teknolojilerden yararlanmak.

Neuroscience News, Robotic thread is designed to slip through the brain’s blood vessels, son güncelleme 28 Ağustos, 2019, https://neurosciencenews.com/robotic-thread-bbb-14822/